负压梯度下自由面流动模拟的无网格粒子法Dirichlet边界条件

为改善无网格粒子法自由表面附近计算精度及稳定性,尤其在负压梯度条件下较难收敛的状况,提出了一种基于虚拟边界的狄利克雷边界条件赋值方法。以移动粒子半隐式法为例,采用最小二乘法对自由表面粒子进行多项式拟合,以拟合曲线作为虚拟边界,用自由表面粒子到虚拟边界的偏差矢量对自由表面粒子赋值进行修正。通过方形液滴旋转算例验证了算法的有效性与准确性,获得了自由表面平滑的模拟结果。进一步研究了关键参数的选择对边界条件的表达和计算精度的影响,发现当拟合搜索半径为4倍初始粒子间距时,可减小拟合误差,防止边界畸变。提出的改进方法提高了自由表面核截断区域的计算精度与稳定性,可显著改善负压梯度下大变形自由曲面外缘粒子因梯度力偏差而导致的粒子飘散情况,为改善大变形复杂界面流动计算提供了新的思路。     

抗剥落剂对沥青表面自由能的影响

测定沥青与不同液体的接触角,利用Owen-Wendt法确定沥青的表面自由能,考察不同抗剥落剂及其与多聚磷酸的复配对沥青表面自由能的影响。结果表明:抗剥落剂的加入增加了沥青的表面自由能,提高了沥青-集料界面黏附能力,可增强沥青混合料的抗水损害能力;抗剥落剂与多聚磷酸的复配可降低沥青的表面自由能。     

激波诱导变形液滴外流场数值模拟

基于Delaunay非结构网格生成方法和局部阵面推进重新生成网格的方法,应用边界边剖分与合并技术,对二维含自由表面流动中运动边界网格的生成方法进行了研究,改善了局部网格重新生成过程中的网格质量;对激波诱导变形水液滴在高速气流作用下的受力情况做了数值模拟.结果表明:该文在处理二维自由表面的动边界问题中采用的方法是可行的.     

基于液滴局部轮廓的接触角测量方法

为了实现超疏表面上液滴的接触角测量,提出了基于液滴局部轮廓的接触角测量方法,通过超疏水表面的接触角测量实验对所提出的测量方法进行了验证。结果表明:基于液滴局部轮廓的接触角测量方法能有效稳定地测量出超疏水表面上的液滴接触角值;实施提出的接触角测量方法时需要测量点均布在液滴高度的2/5范围内的液滴轮廓上;基于液滴局部轮廓的接触角测量方法中接触点的选择误差对接触角测量结果的影响是可控的。可见基于液滴局部轮廓的接触角测量方法可用于表征表面的润湿性能。     

基于表面能理论的沥青-集料体系的粘附特性研究

基于表面自由能理论,采用接触角法测定2种沥青与4种集料的表面自由能参数,分别计算出各种沥青-集料体系的粘附功和剥落功,以表征沥青-集料体系的粘附性优劣;并采用冻融劈裂试验进行验证.结果表明:石灰岩集料与SK70改性沥青的粘附功最大,剥落功最小;花岗岩集料与SK基质沥青的粘附功最小,剥落功最大.此外,剥落功表征的沥青-集料体系的粘附性能与冻融劈裂试验表征的粘附性能基本一致;且沥青-集料体系的剥落功更能直观地定量评价沥青-集料体系的粘附性能.     

模拟任意曲线边界型腔充填过程的SOLA—MAC方法

针对压铸、挤压等铸型型腔具有曲线、曲面这一情况,对具有任意曲线边界的型腔充填过程进行了研究。对任意曲线边界进行了精确处理,并通过判断自由表面位置,较好地满足了自由表面边界条件,从而提高了数值模拟的精度。采用了易于实现的ＳＯＬＡ方法进行了压力－速度场迭代,采用改进的ＭＡＣ方法跟踪了自由表面,并给出了一个算例。     

基于表面自由能理论的温拌再生沥青-集料粘附特性

根据表面能理论,通过表面张力分析仪测试不同掺量新旧沥青和集料的表面自由能参数,分析温拌再生沥青表面自由能的变化规律以及温拌再生沥青-集料粘附特性。研究结果表明:再生沥青的表面自由能随旧沥青掺量增加而增大;温拌剂的添加改变了沥青的极性分量和Lewis酸碱作用力参数,改善了沥青的表面自由能,增强了沥青与石料的粘附能力;结合温拌条件下石灰岩、花岗岩2种石料粘附功之比以及水稳定性能试验结果,说明温拌剂的添加增强了沥青混合料粘附性能,从而改善再生沥青混合料的水稳定性能。     

有机蜡温拌沥青—集料界面黏附性及其混合料水稳定性能分析

为了研究有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附性及其混合料水稳定性,基于表面自由能理论,利用躺滴法分别测试了无水及有水条件下有机蜡温拌沥青(Sasobit温拌沥青和RH温拌沥青)与集料(石灰岩和玄武岩)的表面自由能和黏附功,并通过冻融劈裂试验评价了混合料水稳定性能.结果表明:集料中的残留水分阻碍了沥青在集料表面形成沥青膜,降低了有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附性;有机蜡温拌剂类型对沥青—集料界面之间的黏附性影响较小;与石灰岩相比,玄武岩由于表面自由能中的极性分量显著,SiO_2、Al_2O_3等主要化学成分与水化合成酸,可降低残留水分对沥青—集料界面黏附性的负面影响;有机蜡温拌沥青—集料界面之间的黏附功与混合料的水稳性之间存在良好的线性正相关关系.     

基于MHN复数模量模型的沥青玻璃化转变温度确定方法

为了更方便地量化玻璃化转变温度,采用动态剪切流变仪测定了70#和90#基质沥青的黏弹性特征,并结合MHN复数模量主曲线模型,提出了用黏弹性参数直接计算玻璃化转变温度的方法.首先基于MHN模型,采用不同恒温条件下的动态剪切试验频率扫描数据,建立储能模量和损耗模量主曲线;然后计算损耗模量峰值位置的缩减频率,由WLF方程推导出玻璃化转变温度表达式.结果表明:MHN模型能准确地表征基质沥青的储能模量和损耗模量主曲线;由MHN模型确定的玻璃化转变温度随着参考频率的增大而升高.用MHN模型可以有效地确定沥青的玻璃化转变温度,计算值与温度扫描试验测定结果一致.     

基于尺度空间的体数据边界不确定性可视化研究

数据可视化的数据预处理过程中会不可避免地导致数据的不确定性.以体数据中边界体元为研究对象,提出了基于多尺度空间的边界体元中多种物质的概率分布计算方法,并采用信息熵度量边界体元的不确定性,然后使用颜色渐变的方式将不确定性信息叠加绘制在表面模型上.实验表明,该方法能快速有效地计算和表示体数据中物质边界的不确定信息.     

基于半脆弱水印的离线电子支付方案的研究与实现

结合半脆弱水印、信息隐藏和椭圆曲线密码体制,提出了一种比较完善的安全加密协议.该协议通过直接修改MP3Stego软件包实现信息隐藏,将通信双方的重要数据隐藏于表面上毫无相干的普通多媒体文件中;采用椭圆曲线密码体制使其具有更高的加密强度;嵌入的数字水印不仅对篡改具有高度的敏感性还能抵抗JPEG压缩.基于该协议构造了一种安全的离线电子支付方案,它使合法用户做到了完全的匿名,又能防止重复消费,可以较好地模拟传统现金的直接交易功能,是对现有电子支付模式的有效扩展和补充.     

液滴融合前的微小液滴行为研究

通过微观可视化实验研究两个主液滴(水滴)在水平均质表面的融合,发现在液滴融合之前两个主液滴中间有规律地分布着大量微小液滴,这些微小液滴相互之间会吸附合并,且主液滴会吸附边界附近的微小液滴。分析微小液滴的产生条件和分布规律,结果表明:微小液滴只在两个主液滴相互靠近的中间区域产生,两个主液滴之间的边界距离越大,微小液滴的尺寸越小,且微小液滴在中间区域的尺寸分布近似对数正太分布。因为有微小液滴的生成和合并以及主液滴对微小液滴的吸附合并,固体表面对主液滴界面移动的阻力减小,且主液滴界面会由于吸附边界附近的微小液滴而发生振荡,进而促进主液滴的边界阶梯式地移动。     

基于样条曲线驱动的自由变形方法

近年来为了克服直接操作自由曲面的困难,提出了几种自由变形方法.尽管这些方法改善了设计的流程,但是这些方法均缺乏交互性.本文结合简单的三维绘制技术和外力约束方法提出了一种基于样条曲线驱动的自由变形方法.用户可以通过设置边界曲线控制变形的范围,通过设置目标样条曲线来设置变形的形状.最后,用实验原型系统实现了本算法.     

高频调幅交变电磁场中金属液滴悬浮振荡特性的数值模拟分析

根据高频调幅交变电磁场中金属液滴悬浮振荡的实验结果,构建了二维数值计算模型,采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)方法数值模拟了液滴自由表面的振荡.模拟结果获得了高频调幅电磁场中悬浮振荡液滴的内部磁场、流场和自由表面形状.对液滴自由表面特征点的位移随时间的变化过程进行了傅里叶分析,获得了液滴在不同调制频率的交变电磁场中振荡的频谱,发现了高频调幅电磁场中金属液滴悬浮振荡的频谱特性.数值结果与实验和理论分析结果定性吻合.     

线张力对接触角影响的理论分析

通过引入“线张力”的概念，分别用力学和热力学的方法导出固体表面上液滴平衡时接触角应满足的条件，即对Young方程进行修正．并得到了液滴系统自由能随接触角变化的曲线，从理论上说明在理想固体表面上线张力可以造成液滴接触角的多值现象．结果表明，由液滴形变作用引起的线张力变化是影响接触角测量准确性的一个重要因素．对于深入认识线张力在液滴运动以及滴状冷凝传热过程中的作用有积极意义．     

一种新的边界提取算法及其在接触角测量中的应用

提出一种基于子图像邻域梯度信息度量的边界提取算法,通过构造邻域信息映射矩阵并利用矩阵梯度信息度量值提取图像目标的有效边界,详细阐述了应用本文算法实现劣质液滴图像的边界检测及接触角测量的方法与步骤。实验结果表明:本文算法能有效地提取劣质液滴图像的目标边界,完成液滴接触角的自动计算,接触角计算结果与人工计算结果基本一致。     

表面自由能模型的改进及液滴浸润数值研究

通过优化极值点位置,对表面自由能模型进行了研究和改进,改进后的模型解决了原模型中表面粒子聚集和液滴形状畸变的问题.采用移动粒子半隐式法(MPS)结合改进后的表面自由能模型,对受表面张力作用的自由面运动问题进行了研究和分析.研究了包括气液、固液和不互溶液液界面在内的表面张力收缩和液滴浸润过程,并提取了接触角及浸润面积等特征量进行分析.数值计算结果与理论分析结果吻合较好,从结果中可以明显观察到固液浸润过程的3个发展阶段,浸润速度随时间递减且与浸润接触角成反比.研究结果验证了MPS方法结合改进后的表面自由能模型可以更加有效、准确地模拟多界面张力的作用.     

水平固体表面上静止液膜破裂时的自由能损失

本文提出一种校核液膜破裂最小自由能准则的试验方法.试验用的玻璃表面经过专门处理使湿润的圆形区域被不湿润的环形区域围着;而另一道湿润的窄圆环形区域又围着这一区域;最外面的区域是不湿润的,所有这些圆或圆环都是同心的.液膜就在这个表面上形成.轻轻地抽吸液体以减小液膜的厚度直至液膜破裂,残留的液体就集聚并覆盖在湿润的区域内.测量破裂前一瞬间液膜的厚度以及破裂后形成的液滴和液环的高度,并秤出它们的重量,分别计算它们的自由能即可确定液膜破裂时的自由能损失. 液膜破裂引起的自由能损失与液膜的质量以及破裂后形成的液体元表面的几何形状有关.如果用可以分析计算的几何形状来对液滴和液环的断面形状进行模拟,则这种损失也是可以计算的.在我们的试验中发现采用弓形断面可以得到最佳拟合. 文中给出了考虑自由能损失后计算液膜破裂时厚度的方程.     

部分边界受力情形下椭圆孔边双对称裂纹问题的解析研究

通过引入新保角变换函数,利用复变函数解法和函数论方法研究了椭圆孔边双对称裂纹孔边受到均布内压而裂纹表面自由情形下的弹性缺陷问题,得到了复应力函数和应力强度因子的精确表达式,并给出了缺陷处断裂判据.所得结果不仅可退化为圆孔边双对称裂纹在孔边受到均布内压而裂纹面自由情形下的解析解,而且可退化为椭圆孔和圆孔带双对称裂纹内表面整个边界受均匀内压的结果.     

动态喷墨液滴两相流模拟（英文）

采用数值模拟方法研究了在平坦固体表面润湿时喷墨液滴的产生过程,以确定出发生液滴的关键.在考虑了表面张力和壁粘连的基础上,利用两相流之流体体积方法(VOF)建立了一个计算流体动力学模型来模拟湿平坦的固体表面上液滴过程.结果表明:基于VOF模型能够模拟润湿固体表面上液滴产生的动态,能够反映动态液滴与润湿固体表面间的相互作用和主要特征.这一模拟提高了对流体流动的认识,可以为一个特定的喷墨应用预测优化设计.